热敏电阻实验特性研究

实验时间：2009年11月22日

实验名称：半导体热敏电阻特性研究 成绩：

学号：08071010219

实验目的： 班级：应物08级2班

姓名：刘 春

测试一只负温度系数的热敏电阻的阻值随温度变化的特性并考虑在应用中如何作线性化处理加深对电场强度和电位概念的理解。

实验仪器：

直流稳压电源,数字万用表,加热用电阻丝,铁架台,支架,连接导线等,待测热敏电阻1只,标准电阻一只。

实验原理：

热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻，它具有许多独特的优点，如能测出温度的微小变化、能长期工作、体积小、结构简单等．它在自动化、遥控、无线电技术、测温技术等方面都有广泛的应用．

热敏电阻的基本特性是温度特性．在半导体中原子核对价电子的约束力要比金属中的大，因而自由载流子数较少，故半导体的电阻率较高而金属的电阻率很低，由于半导体中的载流子数目是随着温度升高而按指数激烈地增加，载流子的数目R ① 越多，导电能力越强、电阻率就越小，因此热敏电阻随着温度升高，它的电阻率将按指数规律迅速地减小．这和金属中自由电子导电恰好相反，金

属的电阻率是随温度上升而缓慢地增大的．图B.4.1是热敏电阻值和金属

② 铂电阻随温度而变化的特性曲线图．

由实验可知，当温度由0℃变到300℃时金属铂的电阻值总共变化1O tC倍；而一般的热敏电阻值变化可达1000倍左右，所以半导体的电阻温度热敏电阻值①和铂②的电系数远远大于金属． 阻特性曲线图

实验表明，在一定的温度范围内，半导体的电阻率和热力学温度T之间的关系可用下式表示： abT0e （1） 式中a0和b为常量，其数值与材料的物理性质有关．热敏电阻的阻值，根

据电阻定律可成 RlaTlTS0ebSaebT （2）

式中l为电极间的距离，S为热敏电阻的横截面积，aal0S，常量a、b在

可用实验的方法求出．

将式（2）两侧取对数，得

lnRlnab1TT （3）

实验图

令x1T，ylnRT，Alna，则式（3）写成 yAbx （4） 式中x、y可由测量值T、RT求出，利用n组测量值，可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数A、b之值，又可由A求出a值．注意温度T为热力学温度（K）．

热敏电阻RT在不同温度时的电阻值，可由惠斯通电桥测得.

数据表格：

实验数据记录：

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 t/℃ 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 U2/V 0.48 0.51 0.57 0.61 0.65 0.7 0.76 0.84 0.88 0.94 1.05 n 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 t/℃ 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 U2/V 1.12 1.19 1.33 1.4 1.52 1.54 1.68 1.77 1.88 2 实验步骤:

1、 用万用表在常温下测量待测热敏电阻的阻值； 2、 做好装置连接好电路图； 3、 调节U16V，并一直保持不变；

4、 开始对水加热，从20℃开始，每隔2℃记录一组TU2数据直到60℃。 5、 数据处理。

数据处理：

1、数据记录以及处理

U10.6V R26k

处理数据表：

n t/℃ T/K U2/V Rt/ B/K Rt Rs 1/Rs 1 20 293 0.48 58650 58650 61650 2 22 295 0.51 54900 2855.6 1.62206E-05 54537.84 57537.84 1.73799E-05 3 24 297 0.57 48584.21 4096.3 50763.68 53763.68 1.85999E-05 4 26 299 0.61 45063.93 3847.5 47296.05 50296.05 1.98823E-05 5 28 301 0.65 41976.92 3687.2 44106.74 47106.74 2.12284E-05 6 30 303 0.7 38614.29 3710.7 41170.42 44170.42 2.26396E-05 7 32 305 0.76 35163.16 3809.8 384.32 414.32 2.41171E-05 8 34 307 0.84 31328.57 4028.9 35967.94 367.94 2.56621E-05 9 36 309 0.88 29672.73 3855.5 33662.81 36662.81 2.72756E-05 10 38 311 0.94 27453.19 3842.9 31532.26 34532.26 2.584E-05 11 40 313 1.05 24042.86 40.1 29561.24 32561.24 3.07114E-05 12 42 315 1.12 22221.43 4071.6 27736.15 30736.15 3.2535E-05 13 44 317 1.19 20614.29 4046.5 26044.68 29044.68 3.44297E-05 14 46 319 1.33 17907.52 42.9 24475.66 27475.66 3.63959E-05 15 48 321 1.4 16757.14 4208.1 23018.98 26018.98 3.84335E-05 16 50 323 1.52 15031.58 4294.8 21665.46 24665.46 4.05425E-05 17 52 325 1.54 14770.13 4103.5 20406.73 23406.73 4.27228E-05 18 54 327 1.68 13114.29 4221.0 19235.22 22235.22 4.49737E-05 19 56 329 1.77 12188.14 4207.0 18143.99 21143.99 4.72948E-05 20 58 331 1.88 11176.6 4230.9 17126.76 20126.76 4.96851E-05 21 60 333 2 10200 4266.7 16177.76 19177.76 5.21437E-05 2、测绘热敏电阻RtT特性

(1)测绘热敏电阻的RtT的散点图，然后进行指数拟合

图一

得到拟合函数为：

R0.04Tt2.01010e

相关系数平方：

R20.998

(2) 进行应用的线性化处理：

图二

得到拟合函数为：

12.0106Rx105 s 相关系数平方：

R20.9

误差分析：

1、线性化的优化好处：可使传感器的输出不失真地反映输入量的变化； 可简化理论分析和设计计算； 有利于对各种干扰因素进行补偿；便于数据处理和标定。线性化可以进一步提高提高测量精确度；

2、在实验是不可避免的系统误差，比如读数不准确，电阻的变化等；

3、电阻温度系数在工作范围内不是常数，它随温度变化而显著变化；

4、采用降温法测得热敏电阻在不同温度下所对应的阻值，可以很好的降低实验误差；